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Anwendungstechnik, Forschung und Technologieentwicklung

Bericht von Dr. Andreas Donnerhack, Senior Vice President Application Technology

Patentanmeldungen
Die Ergebnisse aus unseren Entwicklungsprojekten werden weiterhin konsequent in Patentanmeldungen umgesetzt. So gab es im Jahr 2007 insgesamt 19 Erfindungsmeldungen zu neuen Gaseverfahren. 17 Erfindungen wurden beim Patentamt eingereicht.

Neue Anwendungen und Verfahren

Strahlrohr-Brenner (FFG)
In einem vom österreichischen Forschungsförderungsfond (FFG) geförderten Projekt wurde an der Entwicklung eines Strahlrohrbrenners gearbeitet. Im Gegensatz zu konventionellen Brennern, die im Freistrahl verbrennen, sind diese Brenner von einem Strahlrohr umhüllt, welches die Wärme nur durch Strahlung in einer Schutzgasatmosphäre auf das zu wärmende Gut abgibt. Mit dieser Technologie wird der Erdgasbedarf des Brenners deutlich gesenkt und die NOx-Emissionen durch flammenlose Verbrennung reduziert, ohne dass die Randbedingungen im Ofen selbst wesentlich verändert werden. Im ersten Forschungsjahr wurden schwierige Materialfragen geklärt. Der Test eines Prototypen ist in Vorbereitung.

Ecopack – umweltschonender Kühltransport mit Trockeneis
Mit Ecopack wurde eine recycelbare isothermische Einwegverpackung realisiert, die den Transport von trockeneisgekühlten Proben erlaubt. Bestandteile dieser Verpackung sind neben dem umhüllenden Karton das biologisch abbaubare Isoliermaterial sowie eine biologisch abbaubare Plastikfolie als Feuchtigkeitssperre. Damit werden konventionelle Kunststoffe wie Polyurethan, Polyethylen und Schaumpolystyrol abgelöst, ohne dass die Schutz- und Isoliereigenschaften des Verpackungssystems gemindert sind. Diese erfüllen vollumfänglich die Spezifikationen, wie sie von den Herstellern aus der Lebensmittel- und pharmazeutischen Industrie für den Transport ihrer Produkte gefordert werden, und genügen darüber hinaus der EN 13432 für biologisch abbaubare Materialien.

Beeinflussung des Ca-Gleichgewichts durch LCO₂ bei der Papierherstellung
Eines der wichtigsten Additive bei der Herstellung der Pulpe, dem in Wasser gelösten Papier- oder Faserbrei, ist Kalzium. Das den Metallen zugeordnete Element kann dabei in zwei verschiedenen Erscheinungsformen auftreten, wobei aber nur eine der beiden Modifikationen, nämlich die gebundene, erwünscht ist. Durch Zugabe von CO₂ lässt sich dieser bevorzugte Zustand verstärkt herbeiführen. In zwei Betriebsversuchen wurde dies bereits verifiziert. Durch die günstige Beeinflussung des Systems mit Kohlensäure konnte der Gesamtbedarf an Chemikalien erheblich reduziert werden. Es zeigte sich zudem, dass in den mit CO₂ beaufschlagten Papiermaschinen weniger Ablagerungen zu verzeichnen waren. Als Nebeneffekt wurde die Emission von Gerüchen merklich zurückgedrängt. Das entscheidende Kriterium ist jedoch die maximale Lösungseffizienz von CO₂. Das Einbringen von gasförmigen Komponenten in den Papierherstellungsprozess ist an sich unbedingt zu vermeiden. Deshalb muss gewährleistet werden, dass der Lösungsvorgang des CO₂ mit möglichst hoher Ausbeute erfolgt. Dazu hat Messer ein Eintragssystem entwickelt, das flüssiges CO₂ in die schwer zu behandelnde Matrix der Pulpe effizient einträgt.

DuoCondex-Doppelanlage
DuoCondex-Anlagen reinigen hochbeladene Abgasströme aus Industrieanlagen durch Kondensieren und Ausfrieren der Schadstoffe. Zur Kühlung der Apparate wird tiefkalt verflüssigter Stickstoff verwendet. Speziell für die chemische Industrie, wo derartige Anlagen rund um die Uhr in Betrieb sein müssen, wurde im Rahmen einer Weiterentwicklung der DuoCondex-Technologie eine Doppelanlage entwickelt. Sobald nach einigen Betriebsstunden die Kondensatoren des ersten Strangs einfrieren, wird die Abluft auf ein zweites Modul geschaltet. Der erste Apparat wird dann abgetaut und vor der nächsten Umschaltung wieder kaltgefahren. Eine erste Anlage dieses Typs wurde bei Sanofi -Aventis in Vitry-sur-Seine bei Paris installiert und in Betrieb genommen. Die beiden Hauptkondensatoren sind in der Abbildung gut zu erkennen.

Zementkühlen
Das gemeinsam mit einem Partner entwickelte und zum Patent angemeldete Verfahren zum Zementkühlen vermischt ein Kühlmedium (flüssiges CO₂ oder flüssiger Stickstoff) mit dem pneumatisch geförderten Zement auf dem Weg zum Silo. Dabei kann der Steuerung die gewünschte Zieltemperatur des Zementes vorgegeben werden. Mit dem Einsatz dieses gekühlten Zements wird dann die Temperatur des Frischbetons entsprechend abgesenkt. Vorteilhaft bei diesem Verfahren im Vergleich zum herkömmlichen Betonkühlen mit Flüssigstickstoff-Lanzen ist insbesondere die gute Ausnutzung der eingesetzten Kälteenergie. Insgesamt wurde im Jahr 2007 auf fünf Baustellen, überwiegend in Österreich, jeweils eine Zementkühlanlage installiert. Damit wurde das neue Verfahren bereits im ersten Jahr nach Abschluss der Verfahrensentwicklung erfolgreich am Markt eingeführt. Darüber hinaus laufen Gespräche mit Herstellern von Frischbeton-Mischanlagen, diese neue Technologie bereits herstellerseitig in neue Anlagen zu integrieren.

Schneestrahlen/Thermocool
Das Schneestrahlen mit Trockeneis wird als umweltschonendes Reinigungsverfahren seit zwei Jahren verstärkt eingesetzt, vor allem von Automobilherstellern und -zulieferern. Flüssiges CO₂ wird hierbei entspannt, und das dabei entstehende Trockeneis wird mit Druckluft auf die zu reinigenden Oberflächen geschossen. Feinstpartikel, Trennmittelrückstände und dünne Fettschichten werden damit wirksam entfernt. Diese Anwendung wird als Vorbehandlungsschritt vor dem Lackieren von Kunststoff- und Metallteilen eingesetzt. Das bewährte Thermocool-Verfahren, mit dem bei geeigneter Fahrweise des CO₂-Speichertanks eine größere Ausbeute an Trockeneis mit Kosteneinsparungen von bis zu 15 Prozent erzielt werden kann, führt beim Schneestrahlen nicht nur zu einer höheren Strahlmittelausbeute, sondern liefert darüber hinaus je nach Fahrweise des Speichertanks eine deutlich höhere Abrasivität des Strahlmittels und damit einen erheblich verbesserten Reinigungseffekt. Diese Verfahrensweise wurde von Messer zum Patent angemeldet.

Schadstoffreduzierte Schutzgasgemische
Die Emissionen beim Schweißen und Schneiden unterliegen immer wieder neuen Grenzwerten. Seit Januar 2006 gib es erneut eine Senkung der zulässigen Emissionswerte, speziell im Bereich Feinstaub. Die zulässige Konzentration in der Atemluft wurde von sechs auf drei mg/m³ reduziert. Für viele Schweißfachbetriebe stellen diese Werte eine ungeheure Herausforderung dar. Für uns als Gasehersteller bietet sich die Chance, dem Markt die Vorteile moderner Schweißschutzgase bewusst zu machen. Vorausgesetzt, es gibt einen nachweislichen Einfluss! Zum exakten Nachweis der Einflüsse der Schweißschutzgase auf die Emissionen wurde 2006 in Zusammenarbeit mit der Universität Hannover ein Projekt begonnen. Mittlerweile wurden die Untersuchungen des Metall-Aktiv-Gas-Schweißens (MAG-Schweißen) von unlegierten und niedriglegierten Stählen mit Füll- und Massivdraht abgeschlossen. Die Untersuchungen haben ergeben, dass durch die Auswahl geeigneter Schweißschutzgase Einfluss auf die Emissionen genommen werden kann. Dies bezieht sich sowohl auf die Art der Emissionen (Stickoxide, Kohlenmonoxid, Eisenoxide) als auch auf Menge, Größe und Größenverteilung der Partikel. In weiteren Schritten wird das MAG-Schweißen hochlegierter Stähle mit Füllund Massivdraht sowie die Verarbeitung von Leichtmetallen untersucht.

Neue Schutzgasgemische
Beim manuellen Wolfram-Inertgasschweißen (WIG-Schweißen) hochlegierter Werkstoffe, vorwiegend im chemischen Apparatebau, erwartet der Anwender eine höhere Schweißgeschwindigkeit sowie Aufwandsreduzierung durch Einsparung von Nacharbeiten. Das eigens für diesen Anwendungsbereich entwickelte Schutzgas Inoxmix He3 H1 erlaubt einen verringerten Beizaufwand (chemische Nacharbeit zur Entfernung von Oxidschichten), ein verbessertes Nahtanfließen und einen besseren Einbrand bzw. alternativ höhere Schweißgeschwindigkeiten. Dieses Gas wurde im Berichtsjahr bei zahlreichen Kunden eingeführt. Auch beim MAG-Schweißen gab es bei Messer weitere Innovationen: Kunden, die bei Anwendung bewährter Standardschutzgase wie z. B. Ferromix C18 weitere Verbesserungen wünschen, können mit dem neuen Ferromix C12 X2 einen intensiveren Einbrand, glattere Nahtoberflächen sowie eine höhere Schweißleistung für alle Schweißpositionen erreichen.

Ausbau der Technika
Bei unserem Brennerversuchsstand in Gumpoldskirchen, Österreich, wurde die neue Brennergeneration Oxipyr-Air und Oxipyr-Flex zur Marktreife entwickelt. Dazu wurde der Brennerversuchsstand weiter ausgebaut. Im Lebensmitteltechnikum in Mitry-Mory, Frankreich, wurde ein Sprühturm für die Herstellung von Mikropartikeln installiert. In unserem Kaltmahltechnikum in Willich wurde eine weitere Mühle aufgestellt. Und mit unserem Schweißtechnikum in Deutschland sind wir in die Einrichtungen der Hochschule Niederrhein in Krefeld umgezogen, mit der wir gemeinsam fachliche Synergien in der Fügetechnik nutzen wollen. Mit diesen Maßnahmen stellen wir uns neuen technologischen Herausforderungen aus dem Markt und seitens unserer Kunden.